《高超聲速流動關鍵物理現象研究》是依託中國科學院力學研究所，由胡宗民擔任項目負責人的專項基金項目。
基本介紹
- 中文名：高超聲速流動關鍵物理現象研究
- 項目類別：專項基金項目
- 項目負責人：胡宗民
- 依託單位：中國科學院力學研究所
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
多尺度、多種物理現象相互耦合、複雜空氣動力學問題一直是困擾高超聲速飛行技術研究中的關鍵問題之一。由於真實的高超飛行環境在地面實驗設備中再現存在巨大困難，相應的數值模擬研究可以與地面試驗相互配合，彌補後者的不足。在以往關於高超聲速流動中非典型激波作用的多年研究積累的基礎上，本研究繼續深化激波-激波、 激波-邊界層相互作用研究，探討其中的特殊物理現象，特別關註上述現象對高超聲速飛行器結構的氣動性能的影響及其機理。研究方法主要依靠高溫高超聲速流動數值模擬技術。由於大部分地面實驗存在先天性缺陷- - 無法復現高超聲速飛行環境的全部關鍵參數，而且，很難模擬起、停和變速等動態過程，這無疑將給飛行器結構氣動力／氣動熱性能的研究帶來不確定性。本計畫也將通過數值計算和比較研究，探討地面實驗參數偏差對流動形態（例如激波-激波、激波-邊界層干擾）的關鍵性影響，討論變速等動態過程中關鍵物理現象的非定常特性。
結題摘要
高超聲速飛行器的流動中，其複雜的流體物理現象涵蓋了激波—激波相互作用、激波—邊界層相互作用，甚至伴隨著激波作用波形轉捩現象，而且這些複雜的相互作用甚至是以高溫真實氣體效應為背景的。簡而言之，在這類流動中，熱力學與化學非平衡、強間斷與湍流這幾塊流體力學中的“頑石”強耦合在一起。吸氣式高超聲速飛行器的正常運行依賴於進氣道激波系的建立與匹配。X-51三次飛行實驗都不成功說明了一個事實：儘管吸氣式高超飛行器的相關研究已經進行了多年，但是在其中最基本的科學問題——在激波動力學方面，仍然存在沒有解釋清楚的關鍵物理現象。具體說來，激波規則反射的理論轉捩準則存在一個激波作用的雙解區，這使得吸氣式高超聲速飛行器進氣道流場的激波結構存在不確定性。另外，進氣道複雜的邊界條件以及邊界層的存在，加劇了激波形態的複雜性和不確定性。本項目研究的重點是吸氣式高超聲速飛行器相關激波動力學的關鍵物理現象的動態特性。 本項目屬於主任基金項目，資助周期為2012年，在這一年時間內，按照項目計畫書的規劃，完成了以下幾點研究內容。（1）針對高超聲速非平衡流動中的強激波現象，改進了研究者開發並長期使用的數值計算格式，消除了非物理振盪等數值不穩定性。改進後的格式，通過與研究者所在課題組的激波-膨脹管試驗進行了對比，得到了驗證。（2）通過數值分析發現，在吸氣式飛行器進氣道在動態調控過程中，激波項目作用波形存在波形轉捩現象，此非定常轉捩過程給飛行器氣動力性能和發動機性能帶來了不確定性。而且，此轉捩過程還存在馳豫現象，即轉捩點在增加和減小兩個方向上並不重合。（3）模擬了X-51燃料乙烯-JP7切換過程，發現燃料泡與激波作用引起的完全相反的流動特徵，JP7燃料泡更容易破碎和混合。（4）針對進氣道邊角處的激波作用，研究了幾何參數對激波波形結構的影響，以及層流/湍流邊界層效應，發現兩者對激波總體波形結構影響不大，但前者對總壓恢復影響更嚴重。 本項目取得了以下成果：發表了6篇學術論文，其中1篇被SCI收錄、2篇被EI收錄，另外3篇在國際或者區域性學術會議上發表，其中1篇為邀請報告。
